Способ модуляции добротности резонатора лазера

 

(19)SU(11)646729(13)A1(51)  МПК ⁶    _H01S3/11(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА

Изобретение относится к импульсным твердотельным лазерам с активной модуляцией добротности резонатора. Способ может быть использован в дальнометрии, в нелинейной оптике с применением твердотельных лазеров и т.д. для получения мощных оптических импульсов. Известен способ модуляции добротности резонатора путем включения добротности резонатора лазера в момент достижения максимального за время импульса накачки коэффициента усиления в активной среде лазера. Внесение потерь в резонатор, необходимых для накопления энергии в активной среде, осуществляется в случае электрооптической модуляции добротности при приложении к электрооптическому модулятору запирающего напряжения. Включение добротности осуществляется с помощью сигнала, синхронизованного с импульсом накачки, запускающим генератор импульсов напряжения обратной полярности, причем время задержки изменяется и подбирается оптимальным по мощности выходного излучения. Известен также способ модуляции добротности резонатора лазера путем внесения потерь в резонатор в начале импульса. При этом вносимые модулятором потери сначала уменьшаются до пороговой величины, а после достижения определенного уровня интенсивности излучения добротность резонатора включается полностью. Однако с точки зрения такой важной характеристики излучения как степень пространственной однородности луча, известные способы имеют недостатки. Моноимпульсное излучение известных лазеров является многомодовым с существенными неоднородностями в поперечном сечении луча ("горячими точками"). Как известно, пространственная неоднородность луча приводит к преждевременному разрушению элементов нелинейной оптики, стоящих на пути луча, а также к преждевременному разрушению компонентов лазера. Способ ступенчатого включения добротности позволяет получить одномодовое излучение, что однако, сопровождается уменьшением выходной мощности при селекции поперечных мод более высокого порядка. Кроме того, трудно получить воспроизводимые характеристики излучения от импульса к импульсу. Цель изобретения повышение пространственной однородности многомодового моноимпульсного излучения. Поставленная цель достигается тем, что сначала устанавливают уровень потерь, который обеспечивает возникновение пичковой генерации, и включают полностью добротность резонатора после окончания последнего пичка через отрезок времени, превышающий длительность этого пичка не менее чем на порядок. В случае электрооптического модулятора уровень начальных потерь может регулироваться величиной постоянного запирающего напряжения. Возможно также внесение начальных потерь с помощью разъюстировки оптической оси электрооптического элемента на небольшой угол относительно оптической оси лазера, причем уровень потерь определяется величиной угла и направлением разъюстировки. Пичковая генерация возникает в точках максимального усиления в поперечном сечении активной среды, где достигается порог в первую очередь, причем коэффициент усиления в этих точках не меняется за время импульса пичковой генерации, оставаясь равным пороговому коэффициенту усиления. При увеличении энергии импульса накачки пространственная область, где коэффициент усиления равен пороговому, будет расширяться и распределение коэффициента усиления по сечению активной среды после окончания импульса пичковой генерации становится равномернее. Длительность одного пичка, как правило, порядка одной микросекунды. Если добротность резонатора включить после окончания последнего пичка через отрезок времени, превышающий длительность этого пичка не менее, чем на порядок (≈10 мкс), то можно считать, что излучение пичка генерации в резонаторе в этот момент отсутствует и моноимпульс начинает развиваться из шумовой затравки. Распределение же коэффициента усиления и его абсолютная величина практически не изменяются за 10 мкс, т.к. время жизни метастабильного уровня активной среды исчисляется сотнями микросекунд. Поэтому роль импульса пичковой генерации заключается в создании более равномерного пространственного распределения начального коэффициента усиления для генерации моноимпульса, что приводит к улучшению пространственной однородности многомодового моноимпульсного излучения, причем степень равномерности можно менять регулировкой уровня начальных потерь модулятора. Под степенью равномерности пространственного распределения излучения имеется ввиду отношение средней плотности энергии по сечению активной среды к максимальной плотности энергии. Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить пространственную однородность многомодового моноимпульсного излучения, что повышает долговечность как оптических элементов, стоящих на пути лазерного луча, так и компонентов самого лазера при сохранении высоких значений полной энергии в моноимпульсе.

Формула изобретения

СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА, основанный на внесении потерь в резонатор в начале импульса накачки, отличающийся тем, что, с целью повышения пространственной однородности многомодового моноимпульсного излучения лазера, устанавливают уровень потерь, обеспечивающий возникновение импульса пичковой генерации, и включают полностью добротность резонатора после окончания последнего пичка через отрезок времени, превышающий длительность этого пичка не менее, чем на порядок.